机器视觉原理与案例详解
工控帮教研组编著
电子工业出版社
2020.7
ISBN 978-7-121-39084-5
一、镜头
- 镜头的主要作用是将目标成像在图像传感器的光敏面上。
- 镜头的质量将直接影响机器视觉系统的整体性能。
- 合理地选择和安装镜头，是设计机器视觉系统的重要环节。
二、主要指标
1、视场角
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视场角是以镜头为顶点，以被测物可通过镜头的最大范围的两条边构成的夹角，如图所示。
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在光学系统中，视场角可用FOV表示，其与CCD芯片的关系如下：
式中，L为CCD芯片的高或宽；M为放大率；h为像高；H为物高；V为像距；U为物距；EFL为焦距。
按照视场角的大小，镜头可分为标准镜头、广角镜头、远摄镜头。
2、光圈
- 光圈是一个用来控制透过镜头进入相机感光面的进光量的装置。
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光圈的大小（用f表示）如图所示：
f后面的数值越小，光圈越大，进光量越多，画面越亮，焦平面越窄，主体背景越虚化；
f后面的数值越大，光圈越小，进光量越少，画面越暗，焦平面越宽，主体背景越清晰。
3、焦距
焦距又称焦长，是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式，是从透镜中心到光聚集焦点的距离，也是从镜片光学中心到底片、CCD或CMOS芯片等成像平面的距离。
镜头焦距的长短决定着视场角的大小：
焦距越短，视场角就越大，观察范围就越大，但远物就越不清晰；
反之，焦距越长，视场角就越小，观察范围就越小，远物就越清晰。因此，在选择焦距时，应充分考虑是观察细节还是观察范围：
如果需要观察近距离、大场面的物体，则选择小焦距的广角镜头；
如果需要观察远距离的细节，则选择大焦距的长焦镜头。-
焦距的计算公式如下：
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焦距、物距、视野的示意图如图所示：
物距表示在清晰对焦时，镜头或相机到被测物的垂直距离；
视野表示在保持相机、镜头固定不动的情况下，镜头清晰对焦后能看到的区域。
